某汽车部件铰孔尺寸超差分析与对策

2020-04-24商河县工业和信息化局山东济南251600刘秋花

金属加工(冷加工) 2020年3期

■ 商河县工业和信息化局（山东济南 251600）刘秋花

■ 法雷奥汽车系统（江苏苏州 215500）顾阳

铰削是孔类精加工的一种，是用来对中、小直径的孔进行半精和精加工的常用方法。也可用于磨孔或研孔前的预加工。铰削加工精度可达IT6～IT7级，表面粗糙度值Ra在0.4～1.6μm之间，机铰生产率高，劳动强度小，适合大批量生产。

实际生产应用中，铰削过程经常出现问题，比如偶发性尺寸超差、表面切屑挤入划伤表面及局部粗糙度差等。汽车零部件精度高、单件批量大，对加工过程的稳定性要求较高，但经常出现偶发性的不良，严重影响产品质量的稳定性。某企业生产的一款汽车用电动机连杆轴套，轴孔公差0～0.018mm，采用铰孔工艺，多次出现铰孔尺寸超差、孔表面划伤等质量不良问题，不良率达到0.13%，严重影响产品在客户端的质量绩效，引起客户不满。

某汽车零件产品图样要求如图1所示，材料是铝合金，工艺为压铸成型，铰孔不合格样品如图2所示。本文从铰削加工的机理出发，结合实际的加工条件（装夹方式、切削进给、切削速度及压紧力等），寻找引起质量不良的根本原因，通过刀具优化、切削参数优化，成功降低了铰孔不良率，减少了客户抱怨，降低了企业的实际损失。

图1 某汽车零部件

图2 铰孔不合格样品

1. 铰削加工机理

（1）铰刀结构铰刀的典型结构如图3所示，分为工作部分、颈部、柄部，工作部分即铰削过程中的工作刃口部分。

改善前该产品使用的铰刀结构与图3结构类似，直槽四刃，刃口长度8 m m，刃口外径尺寸φ1 5+0.013+0.010m m，颈部直径φ13mm，前倒锥1mm，刀具前角0°，后角1°。

（2）铰刀的切削过程铰刀倒锥切入，切削刃切削孔壁金属，形成切削金属层，随着前刀面的继续切入，被切除的金属在前刀面滑移，被切除的金属层弯曲变形，随着切削金属层变形量加大，弯曲变形超出切屑材料的弹性变形和屈服极限，进而产生断裂，断裂的金属层形成切屑，沿铰刀齿槽向后排出，同时后刀面与已加工孔壁挤压摩擦，形成光滑的加工表面。在此过程中产生的切削热（金属变形热、前刀面摩擦热、后刀面摩擦热）一部分随切屑排出，一部分传递到刀具和工件上。通过专用切削液，可以带走部分热量，降低刀具和工件的温度，防止切削过热损坏刀具和已加工的零件表面。切削过程如图4所示。

图3 铰刀的典型结构

2. 缺陷分析及对策

（1）孔加工质量超差原因分析该零件轴向长度70mm，压铸时因内孔脱模的需要，有一定的拔模斜度，孔的中间部位直径小，两端直径大，对于铰削过程，产生中间加工余量大，两端加工余量小的非均匀余量特征：基于此，要在铰削之前增加钻孔开粗工序，以保证铰削加工时余量均匀，铰削加工参数见表1。

表1 改善前切削参数

图4 铰削过程

考虑到产品成本控制的要求，钻孔时采用手动普通台钻作业，设备精度不高，导致铰削前产品的余量均匀性较差，持续测量50件产品，其余量分布在0.25～0.35mm范围内，尤其孔的中间部位，余量变化最大。铰削时零件横向装夹，孔的中间部位切屑难以有效排出。不能及时排出的切屑挤入铰削区，划伤零件表面，导致孔加工后的表面超差。原刀具铰削刃口导锥部分采用倒圆角替代，刃口长度约8mm，此结构切削导向性较差，刃口长度过短，沿刃倾方向的切削力过于集中，加上刀杆悬伸长，刀具切削过程中抗干扰能力变差，刀尖沿产品径向圆跳动位移波动加剧，导致切除的金属层不均匀，连续性差，并留下高低起伏的切削面，同时进入后刀面挤压区，该切削面经铰刀挤压后，形成不均匀的强化、硬化金属表层，同时出现摩擦过热现象，在过度集中的切削热作用下，金属层与切削刃面间产生金属粘连，以积屑瘤的形式滞留在刃口表面，随着切削的继续，带有积屑瘤的刃口面，划伤新加工后的产品表面。影响产品加工后的表面粗糙度，同时出现尺寸超差现象。

（2）改善对策为了解决排屑和加工余量不均匀的问题，对铰刀重新进行优化设计，加长排屑槽的长度，由40mm加长至60mm，铰刀前倒锥加长，从3mm加长至5mm，倒锥刃口与切削刃口中间增加断屑槽；同时对加工参数进行优化，优化后的切削参数见表2。